聲音采集電路設計論文

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1系統的總體結構與設計

1．1聲音采集模塊

聲音采集模塊是實現聲音的采集與處理的第一步，其中傳感器采用駐極體傳聲器。傳聲器的主要作用是將聲音傳換成電壓量，以供后級電路的濾波和放大。經過調理后的電壓信號再送入模數轉換器(ADC)進行數字量化。

1．2A/D控制電路的設計

AD轉換部分是整個聲音采集系統的關鍵。本設計選用了一款精度采樣頻率較高(12位，1．65μs)的模數轉換芯片AD7864，其采用5V單電源供電。4個通道上的輸入信號可同步進行采樣，因而可保留4個輸入通道上的信號相位信息。模數轉換器控制模塊主要在FPGA的基礎上來實現，其中FPGA采用Altera公司的Cyclone系列EP1C12FQ240C8。ADC控制器采用VerilogHDL程序編程實現，設計過程中主要采用了狀態機。模數轉換器控制流程圖AD7864模數轉換后數據的讀取有兩種方法:轉換中讀取和轉換后讀取。本設計采用先轉換后讀取數據的方法，具體工作過程如下:當轉換起始信號CONVST上升沿時，4個采樣保持器進入保持狀態，開始對選擇的通道采樣。同時，BUSY輸出信號被觸發為高電平，并在轉換過程中一直保持為高，當全部通道轉換結束后，才變為低電平。EOC信號在AD7864，其采用5V單電源供電。4個通道上的輸入信號可同步進行采樣，因而可保留4個輸入通道上的信號相位信息。AD7864模數轉換后數據的讀取有兩種方法:轉換中讀取和轉換后讀取。本設計采用先轉換后讀取數據的方法，具體工作過程如下:當轉換起始信號CONVST上升沿時，4個采樣保持器進入保持狀態，開始對選擇的通道采樣。同時，BUSY輸出信號被觸發為高電平，并在轉換過程中一直保持為高，當全部通道轉換結束后，才變為低電平。EOC信號在每一個通道轉換結束時均有效。全部通道轉換后的數據保存在AD7864內部相應的鎖存器中。全部通道轉換結束后，當片選信號和讀信號有效時，就可以按照轉換順序從數據總線上并行讀取數據。

1．3存儲模塊

模數轉換的數據經過FPGA芯片內部的存儲器進行緩存，之后通過UART向上位機傳輸或者存入SD卡。SD卡是基于快速閃存的新一代存儲器，具有體積小、容量大、移動方便等特點。本設計采用閃迪公司的8G容量SD卡作為系統的存儲模塊。SD卡的讀寫采用SPI模式。SPI模式使用字節傳輸，其優點是簡化主機的設計。讀寫SD卡的操作都需要先對SD卡進行初始化，完成SD卡的初始化之后即可進行讀寫操作。SPI總線模式支持單塊(CMD24)和多塊(CMD25)寫操作，多塊操作是指從指定位置開始寫下去，直到SD卡收到一個停止命令CMD12才停止。單塊寫操作的數據塊長度只能是512字節。單塊寫入時，命令為CMD24，當應答為0時說明可以寫入數據，大小為512字節。SD卡對每個發送給自己的數據塊都通過一個應答命令加以確認，其數據長度為1個字節，當低5位為00101時，表明數據塊被正確寫入SD卡。

2結論

本設計實現了利用FPGA與SD卡進行聲音信息讀寫控制的功能，設計基本達到了設計的目的。由于FPGA芯片具有可在系統編程的能力，所以采集系統的采樣頻率、采樣時長等都十分靈活。此外在數據傳輸方式上，由于采用了SD卡，因此具有低成本、大容量、小尺寸等優點。基于FPGA與SD卡的同步聲音采集電路設計中采用的AD7864模數轉換器，可以實現四個通道數據的同步采集，這對于聲音信號的處理和分析具有十分重要的意義和價值。

作者:張小虎李東紅李聰黃慶彩單位:太原科技大學電子信息工程學院